KR100454589B1

KR100454589B1 - Turbulence-Resistant Wing

Info

Publication number: KR100454589B1
Application number: KR10-2001-0081374A
Authority: KR
Inventors: 구삼옥
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2004-11-05
Also published as: KR20030050840A

Abstract

본 발명은 난기류 속을 비행하는 항공기 날개가 받는 공기역학적인 충격하중을 경감, 완화시켜주는 뒷전(trailing-edge)을 갖는 난기류에 견디는 날개 형상에 관한 것이다.The present invention relates to a wing shape that withstands turbulence with a trailing-edge that reduces and mitigates the aerodynamic impact loads received by aircraft wings flying in turbulence.

본 발명은 항공기 날개의 뒷전 부위를 기존의 날개에서와 같이 구조적으로 강건하게 하는 대신에 부드럽고 탄력성 있게 함으로써 공기의 난기류나 돌풍을 만났을 경우 뒷전의 형상이 기류변화에 따라 변형되게 함으로써 날개에 걸리는 순간적인 공기역학적 하중을 완화시켜주는 것으로서, 구조적으로 강건한 날개와 구조강도를 담당하지 않는 부드러운 뒷전(trailing-edge)으로 구성된다The present invention is to make the shape of the rear edge deformed according to the air flow change when the air turbulence or gusts are met by making the elasticity of the rear edge of the aircraft wing soft and resilient instead of structurally strong as in the conventional wing Relieves aerodynamic loads, consisting of structurally robust wings and soft trailing-edges that are not responsible for structural strength.

Description

난기류에 견디는 날개 형상{Turbulence-Resistant Wing}Wing shape to withstand turbulence {Turbulence-Resistant Wing}

본 발명은 항공기가 운항 중에 난기류나 돌풍을 만났을 경우에 날개에 순간적으로 걸리는 과도한 공기역학적 하중을 경감시킬 수 있는 난기류에 견디는 날개 형상에 관한 것이다..The present invention relates to a wing shape that withstands turbulence, which can alleviate excessive aerodynamic loads on the wing when the aircraft encounters turbulence or gusts during operation.

종래의 항공기의 경우 날개의 뒷전은 날카롭고 구조적으로 강건하여 난기류나 돌풍을 만날 경우 순간적으로 과도한 공기역학적인 하중이 걸림으로써 이를 견딜 수 있도록 구조설계를 한다.In the case of the conventional aircraft, the rear edge of the wing is sharp and structurally strong, so when it encounters turbulence or gusts, the structural design is designed to withstand this moment by excessive excessive aerodynamic load.

그러나 난기류나 돌풍이 날개 구조물의 뒷전에 설계된 하중보다 많이 작용되는 경우, 또한 국부적으로 난기류가 작용하는 경우에는 공기역학적인 하중이 걸린다.도 6에 나타낸 양력-받음각 곡선(lift vs. angle of attack curve)과 같이 항공기의 날개에 작용하는 양력은 상대풍(relative wid)이 불어오는 각도 즉, 받음각(angle of attack)의 변화량에 따라 증감이 된다.일반적인 항공기의 경우 주로 운항하는 받음각은 도 6에 나타낸 곡선의 선형적인 구간의 한 점에 위치하게 되는데, 비행 중에 대기의 난기류(turbulemce)에 의하여 도 7a, 도 7b, 도 7c와 같이 상향 또는 하향의 돌풍(gust)을 만나게 되면 순간적인 받음각의 변화를 일으키게 되어 도 8과 같이 날개에 걸리는 양력이 순간적으로 변화하게 되며, 그 결과 날개에 걸리는 힘이 증가 또는 감소하게 된다.하향 돌풍을 만나는 경우는 항공기가 하향으로 휘청거리는 동작을 일으켜 탑승감을 떨어뜨리는 요인이 됨과 동시에 돌풍이 지나간 후에는 다시 원래의 양력 상태로 회복되는 과정에서 상향의 운동을 유발하고 날개에는 이에 따른 관성 하중을 야기시킴으로써 피로하중을 누적시키는 결과를 초래하게 되며, 상향 돌풍을 만나는 경우는 날개에 갑작스런 하중 증가가 발생함으로써 필요 이상의 과도한 하중을 유발시킴과 동시에 항공기를 상향으로 휘청거리는 동작을 일으켜 탑승감 또한 떨어뜨리는 요인이 된다.그래서 모든 항공기들은 이러한 돌풍하중에 대비하여 날개의 구조물을 충분히 강하게 설계하고 있기 때문에 이에 따른 중량의 증가가 수반되고 있다. 일부 첨단 여객기와 같은 특수한 항공기의 경우 이러한 돌풍에 의한 갑작스런 공기역학적인 하중에 의한 날개의 응력을 경감시키기 위하여 날개의 뒷전(trailing- edge)에 있는 조종면(control surface)을 능동적으로 움직여 주는 능동적 돌풍 하중 완화 장치(active gust-load alleviation system)을 채택하기도 한다.However, when turbulence or gusts are applied more than the load designed in front of the wing structure, and when turbulence is applied locally, aerodynamic loads are applied. The lift vs. angle of attack curve shown in FIG. The lift on the wing of the aircraft is increased or decreased depending on the angle of relative wid blowing, that is, the angle of attack. It is located at a point of the linear section of the curve. When a flight encounters an upward or downward gust as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C due to turbulence of the atmosphere, a change in the angle of attack is instantaneously changed. As shown in FIG. 8, the lift on the wing is momentarily changed, and as a result, the force on the wing is increased or decreased. In this case, it causes the aircraft to swing downward and cause a drop in the boarding feeling, and at the same time, it causes upward movement in the process of recovering to the original lift state after the gust of wind passes and inertial load on the wing accordingly. This results in the accumulation of fatigue loads, and when an upward gust is encountered, a sudden increase in the load causes the wing to overload, causing excessive aircraft load, and causing the aircraft to swing upwards, resulting in a drop in comfort. Therefore, all aircraft are designed to be strong enough to deal with these gust loads, which is accompanied by an increase in weight. In some special aircraft, such as high-tech airliners, active gust loads that actively move the control surface at the trailing edge of the wing to relieve the wing stress from sudden aerodynamic loads caused by these gusts. An active gust-load alleviation system may also be employed.

본 발명은 항공기가 난기류나 돌풍을 만났을 경우에 날개 뒷전(trailing-edge)의 형상이 기류에 대응하여 부분적으로 변형함으로써 날개에 걸리는 공기역학적 하중의 급격한 증가를 완화시킴으로써 날개의 구조적 안전성을 향상시키는 것이며, 궁극적으로는 항공기의 안전을 향상시킬 수 있다.The present invention improves the structural safety of a wing by mitigating a sudden increase in the aerodynamic load on the wing by partially deforming the shape of the trailing-edge in response to air currents when the aircraft encounters turbulence or gusts. Ultimately, the safety of the aircraft can be improved.

본 발명은 구조적으로 강건한 날개 구조물의 일측으로 형성되는 뒷전을 부드럽고 탄력성 있는 재질로 성형하며, 날개 구조물과 뒷전을 일체형으로 형성하거나 날개 길이방향에 대하여 여러 조각으로 분할시키는 분할된 뒷전으로 성형함을 특징으로 하는 것이다.The present invention is formed by forming a back structure formed on one side of the structurally strong wing structure with a soft and elastic material, and formed into a divided back battle which integrally forms the wing structure and the back structure or divides it into several pieces with respect to the length of the wing. It is to be done.

도 1 은 본 발명의 날개 구조에 대한 정면도1 is a front view of the wing structure of the present invention

도 2 는 본 발명 중 상향 돌풍을 만난 경우의 뒷전 변형 상태도Figure 2 is a rear state deformation state when encountering an upward gust of the present invention

도 3 은 본 발명 중 하향 돌풍을 만난 경우의 뒷전 변형 상태도Figure 3 is a rear state deformation state in the case of encountering a downward gust of the present invention

도 4 는 본 발명 중 일체형 뒷전의 사시도Figure 4 is a perspective view of the back of the integrated unit of the present invention

도 5 는 본 발명 중 분할형 뒷전의 사시도도 6 은 종래의 날개에 대한 받음각과 양력을 나타낸 곡선도표도 7a 는 종래의 날개에 대한 정상 비행상태의 받음각과 양력도 7b 는 종래의 날개에 대한 상향 돌풍 비행상태의 받음각과 양력도 7a 는 종래의 날개에 대한 하향 돌풍 비행상태의 받음각과 양력도 8 은 종래의 날개에 대한 받음각과 양력을 나타낸 곡선도표도 9 는 본 발명에 대한 받음각과 양력을 나타낸 곡선도표Figure 5 is a perspective view of the split rear view of the present invention Figure 6 is a curve diagram showing the angle of attack and lift for a conventional wing Figure 7a is the angle of attack and lift of the normal flight state for a conventional wing 7b is an upward view for a conventional wing Relative angle of lift and lift of the gust flight state 7a is a downward angle of lift and lift angle of the conventional wing 8 is a curve diagram showing the angle of attack and lift for the conventional wing Figure 9 shows the angle of attack and lift for the present invention Curve

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

1 : 날개 구조물 2, 3, 4 : 날개 뒷전1: wing structure 2, 3, 4: before the wing

5 : 일체형 뒷전 6 : 분할형 뒷전5: one piece behind the back 6: split back

본 발명은 도 1에서와 같이 기존의 날개와 같은 구조하중을 담당하는 강건한 날개 구조물(1)과 부드럽고 탄력성 있는 재질로 구성된 뒷전(2)으로 구성된다.The present invention is composed of a rigid wing structure (1) and the rear end (2) made of a soft and elastic material to take the same structural load as the existing wing as shown in FIG.

항공기의 날개 형상은 정상적인 순항조건에서는 도 1에서와 같이 뒷전(2)에 변형이 거의 없다.The wing shape of the aircraft is hardly deformed at the rear end 2 as shown in FIG. 1 under normal cruise conditions.

그러나 순간적인 돌풍이 아래에서 위로 쳤을 경우 기존의 날개는 도 1과 같은 형상이 그대로 유지되기 때문에 급격한 받음각 증가로 인한 공기역학적 하중의 증가분이 추가적으로 날개에 전달되는데, 그 원리는 도 8과 같다.However, when a momentary gust hits from the bottom up, since the existing wing is maintained as shown in FIG. 1, an increase in aerodynamic load due to a sudden increase in angle of attack is additionally transmitted to the wing, and the principle thereof is shown in FIG. 8.

그러나 본 발명에서와 같은 날개 구조물(1)에서는 이 경우 도 2와 같이 날개의 뒷전(3) 형상이 변형되어 날개 끝의 흐름각을 바꾸기 때문에 날개 구조물(1)에 걸리는 순환(circulation)의 급격한 증대가 발생하지 않는데, 그 원리는 도 9와 같다. 즉, 상향 돌풍을 만나면 날개의 뒷전이 위로 휘어서 날개 단면의 형상이 도 2와 같이 바뀌게 되며 그 결과 양력곡선의 특성이 도 9의 '상향돌풍시'와 같은 형태로 바뀌게 된다. 하향 돌풍을 만나면 날개의 뒷전이 아래로 휘어서 날개 단면의 형상이 도 3과 같이 바뀌게 되며, 그 결과 양력곡선의 특성이 도 9의 '하향돌풍시'와 같은 형태로 바뀌게 된다. 결과적으로 날개에 걸리는 공기역학적 하중이 급격하게 증가되지 않기 때문에 날개의 구조물을 보호할 수 있다.However, in the wing structure 1 as in the present invention, as shown in FIG. 2, the shape of the trailing edge 3 of the wing is changed to change the flow angle of the tip of the wing, thereby rapidly increasing the circulation of the wing structure 1. Does not occur, the principle of which is shown in FIG. That is, when the upward gust is met, the back of the wing is bent upward, so that the shape of the cross section of the wing is changed as shown in FIG. 2, and as a result, the characteristics of the lift curve are changed to the shape of 'upward gust' of FIG. When the downward gusts meet, the back of the wing is bent downward, so that the shape of the cross section of the wing is changed as shown in FIG. 3, and as a result, the characteristics of the lift curve are changed to the shape of 'downward gusts' of FIG. As a result, the aerodynamic load on the wing does not increase dramatically, thus protecting the wing structure.

반대로 돌풍이나 난기류에 의한 공기흐름이 위에서 아래로 향하는 반대의 경우 도 3에서와 같이 날개 구조물(1)의 뒷전(3)은 변형되므로 역시 날개에 걸리는 공기역학적 하중의 급격한 변동을 막을 수 있다.On the contrary, the reverse front 3 of the wing structure 1 is deformed, as shown in FIG. 3, in case the air flow due to the gust or the turbulence flows from the top to the bottom thereof can also prevent a sudden fluctuation of the aerodynamic load on the wing.

도 4와 도 5는 날개의 3차원적 형상으로써, 뒷전의 모양을 설명하는 것으로서 도 4 에서는 날개 구조물(1)의 길이(span)가 짧을 경우 탄력성 있는 뒷전부분이 일체로 연결될 수 있도록 하는 일체형 뒷전(5)으로 구성할 수 있는 것이다.4 and 5 are three-dimensional shape of the wing, illustrating the shape of the trailing edge, in Figure 4, the integral rear trailing so that the elastic trailing front portion can be integrally connected when the length (span) of the wing structure (1) is short. (5) can be configured.

또한 도 5와 같이 날개 구조물(1)의 길이가 길 경우 날개 구조물(1)의 가로방향(spanwise)으로 걸리는 돌풍의 분포가 일반적으로 다르기 때문에 각각의 국부 기류에 대응하여 뒷전이 변형될 수 있도록 하기 위하여 뒷전을 여러 조각으로 분할한 모양인 분할형 뒷전(6)을 구성하는 것이다.In addition, as shown in FIG. 5, when the length of the wing structure 1 is long, the distribution of the gusts spread in the spanwise direction of the wing structure 1 is generally different, so that the trailing edge can be deformed in response to each local airflow. In order to form a split back anterior (6) that is the shape of the back of the back divided into several pieces.

본 발명은 항공기의 날개가 난기류나 돌풍을 만났을 때 순간적으로 걸리는 공기역학적인 하중의 급격한 변동을 경감시킴으로써 날개의 구조적 안정성을 향상시키는 것이다.The present invention improves the structural stability of the wing by reducing the sudden fluctuations in the aerodynamic load that is momentarily applied when the wing of the aircraft encounters turbulence or gusts.

본 발명은 날개 구조물이 짧을 경우에는 일체형 뒷전으로 형성하고, 날개 구조물이 길 경우에는 뒷전에 일정한 간격으로 분리되도록 하는 분할형 뒷전에 의하여 국부에 발생되는 기류에 대응할 수 있도록 하는 것이다.When the wing structure is short, the present invention is formed as a unitary trailing edge, and when the wing structure is long, it is possible to cope with the air flow generated locally by a split trailing edge that is separated at a constant interval before the trailing structure.

Claims

구조하중을 담당하는 뒷전이 설치된 항공기용 날개 구조물(1)에 있어서,In the wing structure (1) for an aircraft provided with the rear edge in charge of a structural load,

구조적으로 강건한 날개 구조물(1)의 선단으로 부드럽고 탄력성 있는 뒷전(2)을 구성함을 특징으로 하는 난기류에 견디는 날개 형상.Wing shape that withstands turbulence, characterized by constituting a soft and resilient trailing edge (2) to the tip of the structurally robust wing structure (1).

제1항에 있어서, 날개 구조물(1)과 뒷전(5)이 일체형으로 구성됨을 특징으로 하는 난기류에 견디는 날개 형상.2. The wing shape according to claim 1, wherein the wing structure (1) and the trailing edge (5) are integrally formed.

제1항에 있어서, 날개 구조물(1)의 뒷전이 여러 조각으로 분할된 뒷전(6)으로 구성됨을 특징으로 하는 난기류에 견디는 날개 형상.The wing shape according to claim 1, wherein the trailing edge of the wing structure (1) consists of the trailing edge (6) divided into several pieces.